Astrónomos han descubierto una de las galaxias «muertas» más antiguas identificadas hasta la fecha y han descubierto que un agujero negro supermasivo en crecimiento puede destruir lentamente una galaxia en lugar de destruirla.
Los investigadores, dirigidos por la Universidad de Cambridge, utilizaron datos del Telescopio Espacial James Webb y del Atacama Large Millimeter Array (ALMA) para estudiar una galaxia en el universo primitivo, unos tres mil millones de años después del Big Bang.
La galaxia, llamada GS-10578, pero apodada «galaxia de Pablo» en honor al astrónomo que la observó por primera vez en detalle, es masiva para un período tan temprano en el universo: aproximadamente 200 mil millones de veces la masa de nuestro Sol, y la mayoría de sus estrellas se formaron entre 12 500 y 11 500 millones de años atrás.
Cómo la galaxia dejó de formar estrellas
La galaxia de Pablo parece haber «vivido rápido y muerto joven»: dejó de formar nuevas estrellas, a pesar de su edad relativamente joven, debido a la ausencia casi total del gas frío que las estrellas necesitan para formarse.
El agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia parece ser el culpable. Pero en lugar de un único cataclismo, la galaxia sufrió una «muerte por mil cortes» a medida que el agujero negro calentaba repetidamente el gas dentro y alrededor de la galaxia, impidiéndole reabastecerse de gas fresco y estrangulando lentamente la formación estelar. Los resultados se publican en la revista Nature Astronomy.
Los investigadores dedicaron casi siete horas a observar la galaxia con ALMA, con la esperanza de detectar monóxido de carbono, un trazador del gas hidrógeno frío. En cambio, no encontraron nada.
«Lo que nos sorprendió fue lo mucho que se puede aprender sin ver algo», afirmó el Dr. Jan Scholtz, coautor principal del estudio, del Laboratorio Cavendish de Cambridge y del Instituto Kavli de Cosmología. «Incluso con una de las observaciones más profundas de ALMA de este tipo de galaxia, prácticamente no quedaba gas frío. Esto apunta a una lenta desaparición de la galaxia, más que a un único y dramático golpe mortal».
Vientos de agujero negro y rápido agotamiento
Mientras tanto, la espectroscopía del JWST reveló potentes vientos de gas neutro que emanaban del agujero negro supermasivo de la galaxia a 400 kilómetros por segundo, eliminando 60 masas solares de gas cada año. Estas cifras sugieren que el combustible restante de la galaxia se agotó en tan solo entre 16 y 220 millones de años, mucho más rápido que el período de mil millones de años típico para galaxias similares.
«La galaxia parece un disco en calma y en rotación», afirmó el Dr. Francesco D’Eugenio, coautor principal y también afiliado al Instituto Kavli de Cosmología. «Esto nos indica que no sufrió una fusión importante y disruptiva con otra galaxia. Sin embargo, dejó de formar estrellas hace 400 millones de años, mientras que el agujero negro está activo de nuevo. Por lo tanto, la actividad actual del agujero negro y la explosión de gas que observamos no causaron el cierre; en cambio, es probable que episodios repetidos impidieran el retorno del combustible». Al reconstruir la historia de formación estelar de la galaxia, los investigadores concluyeron que esta evolucionó con una entrada neta nula, lo que significa que el gas fresco nunca reabasteció su depósito. En lugar de expulsar todo su gas de una sola vez, el agujero negro parece haber calentado o expulsado el material entrante a lo largo de múltiples ciclos, impidiendo que la galaxia se reabasteciera.
«No se necesita un solo cataclismo para detener la formación de estrellas en una galaxia, basta con impedir la entrada de combustible fresco», afirmó Scholtz.
Implicaciones para las galaxias del universo primitivo
Los hallazgos ayudan a explicar la creciente población de galaxias masivas y sorprendentemente antiguas observadas por el telescopio Webb en el universo primitivo. «Antes del telescopio Webb, estas eran desconocidas», afirmó Scholtz. «Ahora sabemos que son más comunes de lo que pensábamos, y este efecto de inanición podría explicar por qué viven rápido y mueren jóvenes».
El estudio muestra las ventajas de combinar las observaciones de radio ultraprofundas de ALMA con los espectros infrarrojos del JWST. Futuros trabajos se centrarán en más galaxias como esta para determinar si la inanición lenta, en lugar de las explosiones violentas, es la norma en las galaxias del universo primitivo.
El equipo de Cambridge recibió 6,5 horas adicionales del JWST utilizando el instrumento MIRI. Estas nuevas observaciones, centradas en el gas de hidrógeno más cálido, nos revelarán más sobre los mecanismos exactos que este agujero negro supermasivo utiliza para impedir la formación de estrellas en la galaxia.
Con información de Nature
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